WirelessHART

Transmisie wireless fiabilă în mediul tehnologic

Siglă WirelessHART

HART (Highway Addressable Remote Transducer) este un standard global de protocoale pentru instrumentarea inteligentă a proceselor. Peste 30 de milioane de dispozitive compatibile HART sunt instalate în prezent în sistemele din întreaga lume. Cu toate acestea, potențialul lor complet este epuizat pentru numai 10% din dispozitive.

Standardul WirelessHART a fost dezvoltat de HART Foundation, pentru a le permite utilizatorilor să își folosească eficient dispozitivele compatibile HART. Produsele WirelessHART de la Phoenix Contact sunt proiectate pentru integrare rapidă în sistemele existente.

WirelessHART: primul standard wireless pentru aplicații industriale

În anul 2007, HART Communication Foundation a publicat primul standard wireless, dedicat special aplicațiilor industriale. Tehnologia radio WirelessHART eficientă din punct de vedere energetic face parte din standardul HART 7 și este utilizat în aplicații de tehnologie procesuală, pentru a înlocui, respectiv optimiza căile de transmitere a semnalelor de 4...20 mA convenționale.

Standardul WirelessHART se bazează pe o tehnologie robustă și fiabilă. Acest lucru poate fi aplicat cu ușurință, pe baza câtorva parametri de configurare și cu aproape toate tipurile de dispozitive.

Tehnologie radio globală

Transmisia wireless cu WirelessHART sub forma modulelor radio IEEE 802.15.4, cu traductoare radio de 10 mW, poate fi utilizată fără autorizație, pe banda de frecvență de 2,4 GHZ - ISM, în toată lumea. Modulele radio conforme cu 802.15.4 și ZigBee se află, de multe ori, la baza unor rețele radio eficiente energetic.

Comparație între canalele WLAN și WirelessHART

Comparație între canalele WLAN și WirelessHART

Protocolul WirelessHART pune în aplicare primele patru straturi ale modelului pe straturi OSI și oferă avantaje semnificative față de alte sisteme de comunicație radio cu consum redus de putere. Acesta permite o operare fiabilă în paralel și are o serie de opțiuni pentru gestionarea optimă a canalelor radio.

Printre acestea se numără o combinație de procese de răspândire a frecvenței și salturi de frecvențe DSSS și FHSS, tehnologie CCA (Clear Channel Assessment), timpi mici de transfer și funcționalitate de Blacklisting.

Rețele de tip plasă integrale

Rețea full-mesh cu auto-depanare  

Rețea full-mesh cu auto-depanare

Proprietatea principală a WirelessHART este capacitatea de a construi și configura independent rețele tip plasă. Astfel, fiecare dispozitiv terminal din rețea poate comunica redundant prin mai multe căi diferite. Raza de acces în câmp deschis este de aprox. 250 de metri și extinderea spațială a instalației este, de obicei, de la 50 la 100 de metri.

În acest fel, se garantează că sunt disponibile întotdeauna noduri de rețea complet funcționale și operaționale. Rețelele integrale tip plasă se organizează complet automat. În plus, acestea se și repară singure, ceea ce asigură o fiabilitate permanentă și predictibilitate, chiar și în condiții de mediu schimbătoare.

Dispozitivele din rețelele tip plasă pot identifica automat alte dispozitive, pot măsura intensitatea semnalului wireless și pot determina date pentru sincronizarea și comutarea frecvenței. În funcție de nevoie, puteți realiza sau întrerupe conexiunile la alte dispozitive. Rețelele și nodurile de rețea sunt identificate printr-un ID unic, motiv pentru care pot fi operate în paralel mai multe rețele, fără a se ajunge la un schimb de date nedorit sau la semnale eronate.

Comunicații sincronizate în timp

Sincronizarea exactă a transferului de date este decisivă pentru administrarea perfectă a canalelor radio și construcția de rețele funcționale.

Pentru controlul temporal, rețelele WirelessHART utilizează metoda de multiplexare TDMA (Time Division Multiple Access). Astfel, pentru fiecare dintre procesele de transfer adaptate temporal este disponibilă o fereastră de timp de 10 ms (interval de timp), precum și unul dintre cele 15 canale. Dacă nu are loc nicio comunicare, dispozitivele intră într-un mod de standby, pentru a economisi energia (o mare parte dintre dispozitive funcționează cu baterii).

Transferul sigur al informațiilor

Siguranța informațiilor este asigurată prin funcții pentru codarea, autentificarea și securizarea integrității datelor. Grație codării AES de 128 de biți, datele sunt protejate împotriva accesului neautorizat din partea terților.

În timpul autentificării, valabilitatea identității expeditorului este verificată pe baza adreselor sursă ale pachetului, care sunt protejate prin așa-numitele coduri 32-Bit-Message Integrity Codes (MIC). Și asigurarea integrității garantează faptul că informațiile sunt transmise fără modificări, prin intermediul acelorași coduri MIC. În plus, și schimbarea frecvenței contribuie la securitatea datelor, pe baza secvenței de salt pseudo-aleatorie.

Rețele WirelessHART

Pentru a fi garantată stabilirea unei rețele sigure, este necesară autentificarea pentru toate dispozitivele, înainte de conexiunea la rețea. În acest scop, dispozitivele de rețea transmit și publică regulat informațiile despre rețea, sub forma unor mici pachete de date, așa-numitele ”beacons”.

Pentru a putea conecta un dispozitiv nou cu rețeaua, acesta trebuie să primească, în primul rând, unul dintre aceste pachete de date. De îndată ce un beacon a fost recepționat, noul dispozitiv transmite o solicitare de conexiune la administratorul de rețea WirelessHART de nivel superior.

Procesul de autentificare pentru noile dispozitive de rețea

Procesul de autentificare pentru noile dispozitive de rețea

Solicitarea de conectare conține, pe lângă ID-ul rețelei programate al dispozitivului și cheia de conectare, și date suplimentare de autentificare. În cazul în care ID-ul rețelei și cheia de conectare sunt acceptate de administratorul rețelei, acesta trimite următoarele informații la noul dispozitiv: datele de autentificare, precum și informații despre calea de comunicare din rețea și despre fereastra de timp specificată pentru transferul datelor prin dispozitiv.

După transmiterea cu succes, dispozitivul este conectat la rețea și poate fi, la rândul lui, utilizat pentru transferul și publicarea datelor.

Cele trei tipuri de dispozitive WirelessHART

Gateway WirelessHARTAparat de măsură WirelessHartAdaptor WirelessHART
WirelessHART GatewayAparat de măsură WirelessHartAdaptor WirelessHART
Volum de funcțiiPunct de acces wireless
+
Administrator de rețea
+
Gateway
Modul radio
+
Modul măsurare
+
Sursă de alimentare
Modul radio
+
Posibilitate de conectare
pentru echipamente existente
Domeniu de utilizareConexiune la sistemul gazdăMăsurare fără cabluConectarea aparatelor de măsură cu
cablu la WirelessHART

În cazul așa-numitului gateway WirelessHART, conform standardului HART, este vorba despre un dispozitiv format din trei componente:

  1. Modulul radio utilizat pentru conectarea elementelor de câmp individuale (punct de acces wireless).
  2. Software-ul care, ca unitate de comandă centrală (administrator de rețea), comandă conexiunile de rețea și, pentru securitatea rețelei, asigură și autentificarea elementelor de câmp. Administratorul de rețea optimizează, în plus, traficul de date din rețea și se asigură că datele pot fi transmise întotdeauna în intervalele specificate, prin dispozitivele de rețea.
  3. Gateway-ul propriu-zis, care acționează ca interfață între rețeaua sistemului, respectiv sistemul gazdă și rețeaua WirelessHART. Cele trei componente descrise pot fi asamblate într-un grup sau pot fi utilizate separat, în orice fel de combinații, cu posibilitatea de extindere ulterioară la mai multe puncte de acces.

Dispozitivele WirelessHART (cele mai multe aparate de măsură fără cablu) constau dintr-un modul radio, care este combinat cu funcțiile de măsură și monitorizare. Acestea permit o extindere confortabilă a sistemelor existente, precum și o utilizare rapidă în noile sisteme.

Fiind anterior inaccesibile din cauza complexității sporite a cablării sau a constrângerilor de mediu, punctele de măsură pot fi integrate acum fără probleme. Sursa de alimentare a dispozitivelor WirelessHART poate fi asigurată prin energia solară, din rețea sau prin baterii, precum și prin alimentare în buclă.

Cu ajutorul adaptorului WirelessHART, dispozitivele HART deja existente, conectate prin cablu, pot fi conectate cu o rețea WirelessHART. Adaptorul poate fi conectat la cablul existent de 4 - 20 mA și înregistrează semnalul transmis, fără a perturba sau întrerupe acest semnal.

Adaptoarele WirelessHART pot înregistra semnalele mai multor dispozitive HART, pentru menținerea la un nivel redus a costurilor de instalare. Sursa de alimentare a adaptoarelor WirelessHART poate fi asigurată prin alimentarea în buclă, precum și prin rețea sau baterii. Adaptoarele sunt utilizate în special pentru a înregistra semnalele HART de la dispozitivele HART deja instalate și conectate la o gazdă fără funcționalitate HART.

PHOENIX CONTACT SRL

Floreasca Business Park
Calea Floreasca 169 A,
Corp A, Etaj 8,
București, România,
RO-014459
0040 21 350 88 12
0040 21 350 88 13

Acest website folosește cookie-uri. Prin continuarea vizualizării site-ului nostru acceptați politicile noastre referitoare la cookie-uri. Pentru mai multe informații citiți politica noastră de confidențialitate.

Închidere